Khí thải từ các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là các phương tiện chạy bằng nhiên liệu diesel, được biết đến là nguồn chính gây ra bụi mịn và khí nhà kính. Sử dụng diesel sinh học thay cho diesel là phương thức hiệu quả để ứng phó với biến đổi khí hậu do khí nhà kính gây ra, đồng thời giảm phát thải bụi mịn. Tuy nhiên, phương thức sản xuất diesel sinh học hiện nay thông qua chế biến hóa học dầu thực vật hoặc dầu ăn phế thải như dầu cọ hoặc dầu đậu nành, còn hạn chế do nguồn nguyên liệu thô không đáng tin cậy.
Do đó, cần sản xuất nhiên liệu sinh học bằng cách chuyển đổi sinh khối ligno-xenluloza được tạo ra như sản phẩm phụ của quá trình canh tác hoặc khai thác gỗ, thay vì tiêu thụ nguyên liệu thô có nguồn gốc từ cây lương thực. Sinh khối ligno-xenluloza là nguyên liệu thô bền vững và kinh tế, có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu động cơ thân thiện với môi trường thông qua quá trình trao đổi chất của vi sinh vật.
TS. Sun-Mi Lee cùng nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu năng lượng sạch thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) đã tạo ra loại vi sinh vật mới có khả năng sản sinh tiền chất của nhiên liệu diesel sinh học từ sinh khối ligno-xenluloza như phụ phẩm nông nghiệp thải loại, giấy vụn và hộp các tông. Vi sinh vật này đã đạt được năng suất sản phẩm gấp đôi so với những gì các vi sinh vật trước đó đã làm được.
Vi sinh vật mới có thể tạo ra tiền chất của nhiên liệu diesel sinh học trong quá trình chuyển hóa đường có trong sinh khối ligno-xenluloza mà vi sinh vật nạp vào cơ thể. Đường trong sinh khối ligno-xenluloza thường chứa 65-70% glucose và 30-35% xylose. Trong khi vi sinh vật tồn tại trong tự nhiên sản sinh hiệu quả tiền chất của nhiên liệu diesel bằng cách chuyển hóa glucose, nhưng chúng không ăn xylose, do đó hạn chế sản lượng nguyên liệu thô.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại KIST đã tạo ra vi sinh vật mới sản sinh ra tiền chất diesel thông qua chuyển hóa hiệu quả xylose cũng như glucose. Đặc biệt, con đường trao đổi chất của vi sinh vật đã được thiết kế lại bằng cách sử dụng “kéo di truyền” để ngăn chặn sự can thiệp vào việc cung cấp coenzyme cần để sản sinh tiền chất của nhiên liệu diesel. Ví dụ, khả năng chuyển hóa xylose được cải thiện bằng cách kiểm soát hiệu quả quá trình tiến hóa trong phòng thí nghiệm bằng cách lựa chọn và chỉ nuôi cấy những vi sinh vật mang lại hiệu suất cao.
Nghiên cứu khẳng định khả năng sản xuất tiền chất của nhiên liệu diesel bằng cách sử dụng tất cả các thành phần đường bao gồm xylose từ sinh khối ligno-xenluloza và năng suất sản phẩm gần như tăng gấp đôi so với kết quả thu được trong các nghiên cứu trước đây sử dụng các con đường chuyển hóa cho các vấn đề về coenzyme chưa được giải quyết.
TS. Sun-Mi cho rằng: Diesel sinh học là loại nhiên liệu thay thế hiệu quả có thể làm giảm khí thải nhà kính và bụi mịn mà không hạn chế hoạt động của các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel hiện có và chúng tôi đã phát triển công nghệ cốt lõi để cải thiện hiệu quả kinh tế của việc sản xuất diesel sinh học. Việc triển khai sử dụng nguồn cung cấp nhiên liệu sinh học giúp ứng phó nhanh và hiệu quả với biến đổi khí hậu, tạo điều kiện cho việc mở rộng các ngành liên quan và phát triển công nghệ.